کنترل دما با استفاده از PID

یک مثال خوب برای کنترل دما با استفاده از PID می تواند برنامه ای باشد که در آن کنترل کننده ورودی را از سنسور دما می گیرد و دارای یک خروجی است که به یک عنصر کنترل مانند بخاری یا فن متصل است. کنترل کننده معمولاً فقط یک قسمت از سیستم کنترل دما است و در انتخاب کنترل کننده مناسب باید کل سیستم را تجزیه و تحلیل کرد و در نظر گرفت.المنت

مثال نمونه برای کنترل کننده PID

تقریباً هر برنامه کنترل فرآیند از کنترل PID بهره مند می شود. در اینجا چندین مثال از مسائل کنترل کننده PID ارائه می شوند:

نحوه تنظیم کنترل کننده PID

طی سالیان گذشته بسیاری از قوانین برای حل این سؤال که چگونه یک کنترل کننده PID را تنظیم کنیم، تکامل و تغییر یافته اند. احتمالاً اولین و مطمئناً شناخته شده ترین، قوانین زیگلر – نیکولز (ZN) است.المنت

قوانین زیگلر – نیکولز (ZN)

زیگلر و نیکلز دو روش تنظیم حلقه PID بیان کردند که برای اولین بار در سال 1942 منتشر شد. روش اول شامل اندازه گیری پس افت یا تأخیر در پاسخ و سپس زمان لازم برای رسیدن به مقدار خروجی جدید است. روش دوم به ایجاد دوره‌ی یک نوسان حالت پایدار بستگی دارد. سپس در هر دو روش این مقدارها برای استخراج مقادیری برای بهره، زمان و نرسرعت تنظیم مجدد، در یک جدول وارد می شوند.المنت

قوانین ZN بدون ایراد نیستند. در بعضی از کاربردها، این قوانین پاسخی را ایجاد می کنند که از نظر فراجهش و نوسان،  بیش از حد تهاجمی تلقی می شود. اشکال دیگر آن نیز این است که در فرآیندهایی که به کندی واکنش نشان می دهند، می تواند بسیار وقت گیر باشد. به همین دلایل برخی از فعالان در زمینه کنترل، قوانین دیگری مانند تیروس-لویبن (Tyreus-Luyben) یا ریورا (Rivera)، موراری و اسکوجستاد (Morari and Skogestad) را ترجیح می دهند.المنت

نحوه تنظیم دستی کنترل کننده PID

تنظیم دستی کنترل کننده PID با تنظیم زمان برجایی روی حداکثر مقدار آن و سرعت آن روی صفر و افزایش بهره تا زمانی که حلقه در دامنه ثابت نوسان کند، انجام می شود. (وقتی پاسخ به تصحیح خطا به سرعت اتفاق می افتد می توان از بهره بیشتری استفاده کرد. اگر پاسخ کند است، بهره نسبتاً کم می تواند مطلوب باشد).

سپس بهره را برابر نصف آن مقدار قرار می دهیم و زمان برجایی را تنظیم می کنیم تا در مدت زمانی قابل قبول، هر جبرانی را اصلاح کند. سرانجام، سرعت را تا زمانی افزایش می دهیم که فراجهش به حداقل برسد.المنت

بیشتر بدانید:المنت میله ای چیست؟

نحوه تنظیم خودکار کنترل کننده PID

اکثر کنترل کننده های PID که امروزه به فروش می رسند دارای قابلیت تنظیم خودکار هستند. جزئیات نحوه این عمل در میان تولیدکنندگان متفاوت است، اما همه آنها از قوانینی پیروی می کنند که در آن کنترل کننده “یاد می گیرد” که فرآیند چگونه به اختلال یا تغییر در نقطه تنظیم پاسخ می دهد و تنظیمات مناسب PID را محاسبه می کند.

کنترل کننده های PID جدیدتر و پیشرفته تر، مانند سری کنترل کننده های دما و فرآیند شرکت OMEGA، منطق فازی را با قابلیت تنظیم خودکار خود ترکیب کرده اند. این کار، راهی برای مقابله با عدم دقت و غیرخطی بودن در شرایط کنترل پیچیده فراهم می کند، مانند مواردی که اغلب در صنایع تولیدی و فرآیندی وجود دارد و به بهینه سازی تنظیم کمک می کند.المنت

تنظیم کنترل کننده دمای PID

در مورد کنترل کننده دما مانند سری CNi8 از شرکت OMEGA، هنگام انتخاب “تنظیم خودکار”، کنترل کننده یک خروجی را فعال می کند. با مشاهده تأخیر و سرعت که حاصل تغییر هستند، کنترل کننده تنظیمات P، I و D بهینه را محاسبه می کند. تنظیم دستی کنترل کننده دمای PID امکان تنظیم دقیق را در صورت نیاز فراهم می کند. (توجه داشته باشید که این کنترل کننده برای انجام تنظیم خودکار نیاز به حداقل 10 درجه سانتیگراد بالاتر از مقدار فرآیند فعلی دارد).المنت

تنظیم بهره در کنترل کننده PID

تنظیم بهره در کنترل کننده PID می تواند دشوار باشد. درک روش تناسبی آسان تر از بقیه روش هاست. در این نمونه، خروجی فاکتور تناسبی حاصل ضرب بهره و خطای اندازه گیری شده ε است. بنابراین، بهره یا خطای تناسبی بیشتر باعث تولید خروجی بزرگتر برای فاکتور تناسبی می شود. تنظیم مقدار بهره تناسبی روی یک مقدار بسیار بزرگ، باعث می شود که یک کنترل کننده به طور مکرر دارای فراجهش از نقطه تنظیم شود و این منجر به نوسان می شود. در حالی که تنظیم مقدار بهره تناسبی روی یک مقدار خیلی کم، باعث می شود خروجی حلقه بسیار ناچیز شود. یک روش برای جبران این خطای حالت پایدار، استفاده از روش زیگلر-نیکلز برای تنظیم بهره های I و D روی مقدار صفر و سپس افزایش مقدار بهره P است تا زمانی که خروجی حلقه شروع به نوسان کند.المنت